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Sappi (papier)
Veertig walsmetingen en diverse uitlijningen in tien uur
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De vooruitgang staat niet stil en er zijn inmiddels verschillende
uitlijnsystemen ontwikkeld die één zaak gemeen hebben. Ze gebruiken een
laserstraal voor het bepalen van uitlijnfouten. Heel vaak is dat ook het enige
dat ze gemeen hebben. Er zijn immers grote verschillen in het meetprincipe, de
meetmethode, de functies waarover het toestel beschikt en de mogelijkheden.
Onnauwkeurige uitlijningen kunnen verantwoordelijk zijn voor overbelasting van
machineonderdelen en kunnen aanzienlijke gevolgen hebben. Overal waar papier,
staal of folie langs walsen en rollen wordt gevoerd moeten de rotatieassen ten
opzichte van elkaar parallel uitgelijnd staan. Precieze uitlijning wordt
bemoeilijkt door het feit dat iedere cilinder in de ruimte zes vrijheidsgraden
heeft. De oorspronkelijke uitlijning gaat verloren bij het vervangen van lagers
of tijdens het ombouwen van een machine. De correcties worden dan vaak
gevoelsmatig doorgevoerd op basis van ‘trial and error’ en nemen meestal veel
tijd in beslag. Bij papierfabrikant Sappi in Maastricht had men die tijd niet,
en moest tijdens een stop van 24 uur zo’n veertig walsen worden opgemeten. “Bij
het zoeken naar een oplossing om de baansturing van de Pm6 – een
papierproductiemachine van zo’n 150 meter lang en drie verdiepingen hoog –
moesten we de parallelliteit van een veertigtal walsen en een ‘airturn’ meten.
De papiermachine levert papierrollen af van 4,2 m breed, gewikkeld op stalen
spillen. Het papier dient vervolgens door een offcoater gevoerd te worden voor
een verdere oppervlakte behandeling. Daar deze machine de papierbaan gecentreerd
op de spil dient aangeleverd te krijgen, ontdaan van de zelfkant, worden alle
rollen eerst omgerold. Sappi wil deze tussenbewerking elimineren. Een
installatie om de zelfkant in de papiermachine af te snijden werd reeds eerder
ingebouwd. De enigste belemmering was nog het centreren van de papierbaan op de
spillen. Als basis om dit stuurprobleem aan te pakken was het noodzakelijk de
parallelliteit van alle walsen vanaf de bladecoater tot de oproller te kennen.
Omdat de metingen moesten gebeuren tijdens één stop, werd gekozen voor de nieuwe
methode met de ‘Paralign’, een toestel van Pruftechnik, “ aldus Patrick Haesen,
instrumentation/automation engineer bij Sappi in Maastricht.
Snel en nauwkeurig
De huidige markt van uitlijnsystemen met laser wordt gekenmerkt door een
grote verscheidenheid op gebied van functionaliteit, gebruiksvriendelijkheid,
snelheid, enz. Echter de meeste klassieke methodes vereisen relatief lange
stilstanden van de uit te lijnen installaties; zowel voor het opstellen en
instellen van het meetsysteem als ook voor de bepaling van de afwijkingen.
Patrick Haesen: “Ik kan gerust stellen dat de door Pruftechniek gebruikte
technologie met de Paralign redelijk revolutionair is in snelheid, zonder in te
boeten in nauwkeurigheid. Bij het meten wordt de wals over 30 graden afgetast en
de data wordt draadloos naar een pocket pc gestuurd. M.a.w. het resultaat is
onmiddellijk op een draagbare pc op te vragen. Om het parallellisme van de
verschillende walsen ten opzichte van elkaar te bepalen, werd het toestel eerst
op een ‘referentiewals’ opgesteld en ‘op nul’ gezet. Daarna werd het meetsysteem
op de eerstvolgende te meten wals opgesteld en de afwijking ten opzichte van de
referentiewals wordt binnen enkele seconden bepaald en opgesplitst in
horizontale en verticale component. Daarna volgde de derde wals, enz. Men kan
het systeem een beetje vergelijken met een draaiende tol. Die vertoont een
zogenaamd traagheidsverschijnsel (inertie) waardoor hij zich moeilijk uit zijn
evenwicht laat brengen. De inertie zal ervoor zorgen dat de as steeds in
dezelfde positie blijft staan, ongeacht de hoogte of hoekveranderingen van de
ondergrond. Zelfs als men zijn steunvlak schuin zet, blijft hij zijn positie
behouden.” Hetzelfde principe wordt bij Paralign gebruikt. Hij bevat drie
loodrecht op elkaar gemonteerde lasergyroscopen met een hoge precisie. Ieder van
hen meet de relatieve draaibeweging rond zijn as in de ruimte. Van alle
vrijheidsgraden van een cilinder meet het toestel de belangrijkste horizontale
en verticale hoekfouten ten opzichte van de referentiewals.
Aardrotatie
De beste resultaten worden verkregen met een referentieplaat die in de buurt
van de machine op de vloer wordt opgesteld. Voor het begin van de meting wordt
de Paralign eerst op de referentieplaat ‘genuld’. Dit wil zeggen dat de
lasergyroscopen op de aardrotatie worden ingesteld. Patrick Haesen: “De bij ons
uitgevoerde metingen werden gedaan door één specialist en één assistent van
Pruftechniek Belgie. Eerst stelde men een referentie in op aarde. Dit is een
metalen houder die op de vloer geplaatst wordt en met kit voor de periode van de
meting wordt vastgehecht. Dan wordt een rol in de machine gemeten die als
referentierol dient. Deze rol heeft per definitie geen afwijkingen in
horizontale en verticale richting. Vanaf dan worden de te meten walsen in de
middenbaan over dertig graden afgetast. Op de draagbare pc die de gegevens dus
draadloos ontvangt, is op voorhand een langsdoorsnede van de machine getekend.
Per rolnummer worden de meetgegevens dadelijk visueel en cijfermatig toegevoegd.
Er is dus onmiddellijke rapportage mogelijk. Als na een reeks metingen blijkt
dat alle walsen in dezelfde richting afwijken, is mogelijk de referentie slecht
gekozen. Dan kan eenvoudig een andere wals als referentie gekozen worden. Alle
meetresultaten worden dan snel omgerekend. Om de tien à vijftien objecten wordt
naar de aardreferentie teruggegaan. Dat duurt een tiental minuten. Het grote
voordeel van de onmiddellijke rapportage was dat we reeds tijdens de metingen de
resultaten konden bespreken. Dit stelde ons in staat reeds te starten met
correcties. De nauwkeurigheid ging voor deze toepassing tot 0,05 mm per meter.
Dat wil zeggen dat de meetresultaten, omgerekend naar vijf meter, te weten de
afstand tussen de lagers, tot op 0,25 mm nauwkeurig zijn. Tijdens de metingen
moet men alleen opletten dat er niet te veel trillingen aanwezig zijn. Al met al
kan ik zeggen dat wij heel tevreden zijn over het resultaat. Na een 4-tal uren
meten hadden we een beeld van de positie van alle belangrijke walsen. Daar
tijdens de meting bleek dat de referentie goed gekozen was, zijn we reeds
begonnen met walscorrecties, nog voor het einde van de metingen. We hebben die
dag diverse walsen uitgelijnd. Echter, daar we konden inschatten dat we daardoor
niet het gewenste baan stuureffect zouden bekomen, hebben we bewust enkele
walsen ‘scheef ’gelegd. Dit is een statische variant van een in de
papierindustrie courant toegepaste dynamische stuurinrichting. Na 10 uren stond
de machine klaar. Het effect was verrassend. Na aanloop liep de papierbaan de
geplande 2 cm verder naar aandrijfzijde op de spil bij de oproller. In een
tweede fase hebben we nogmaals zulke correctie toegepast waardoor we nu volledig
gecentreerd opwikkelen. De walsen van Pm6 werden nauwkeurig uitgelijnd en dit
zonder beugels, statieven, lasers noch telescopen.” << (H.L.)
Paralign
Paralign is een nieuw uitlijnsysteem voor walsen – dat in theorie 15 walsen in
ongeveer dertig minuten kan uitmeten – waarbij voor het eerst de
inertiemeettechniek in de vorm van drie hoogprecieze lasergyroscopen ingezet
wordt. Het levert heel betrouwbare grafische en numerieke informatie over alle
vereiste correctiemaatregelen, ook in die delen van de installatie waar meten
tot nu toe onmogelijk was. Het toestel heeft op de onderzijde twee geharde rails
zodat het bij de meting een stuk tangentiaal over de wals glijdt. Deze beweging
– de zogenaamde ‘Sweep’ – activeert dan een gepatenteerde, mathematische
rekenmethode die het exacte resultaat berekent. Dankzij de ‘Sweep’ meetmethode
is het niet nodig Paralign nauwkeurig tangentiaal op de wals te plaatsen. Ook
een schuine positionering leidt tot een exact en reproduceerbaar resultaat. De
meetwaarden worden in het toestel opgeslagen en draadloos naar een Laptop
overgebracht, waarbij men de meetwaarden in een grafiek of in Excel kan
beoordelen. Paralign bevat drie orthogonaal gemonteerde, hoogprecieze
navigatiegyroscopen die ook in de lucht- en ruimtevaart gebruikt worden. De
ringlasergyroscopen hebben – net zoals een tol – de traagheidseigenschappen. Dit
betekent dat ze voor een bepaalde tijd hun rotatie-as behouden. Als de Paralign
op een referentiewals wordt opgesteld, ‘leert’ hij eerst zijn positie in de
ruimte en vergelijkt die met de richtingwijzigingen die bij opstelling op de te
meten walsen ontstaan. De afwijkingen worden met een nauwkeurigheid van 4 µm/m
gemeten en in correctiewaarden omgerekend. Het meetprincipe van de
lasergyroscoop berust op twee laserstralen die door drie spiegels langs een
driehoekig parcours worden geleid. De ene straal legt die weg af in de
uurwijzerzin en de andere andersom. Zolang deze opstelling niet beweegt hebben
de beide stralen precies even veel tijd nodig om die weg af te leggen. Als de
opstelling begint te draaien wordt voor de ene straal de weg korter en voor de
andere langer. Het verschil in omlooptijd laat toe om ook de kleinste draaihoek
te meten. «
Sappi (papier)
40 mesures et divers alignements de laminoirs en 10 heures
On n’arrête pas le progrès. Actuellement, plusieurs systèmes l’alignement ont
été développés. Tous ont un point commun. Ils utilisent tous un rayon laser pour
déterminer les erreurs d’alignement. Très souvent, c’est d’ailleurs leur seul
point commun. Cela mis à part, il peut y avoir d’importantes différences dans le
principe de mesure, dans la méthode de mesure, les fonctions qui équipent
l’appareil et les possibilités.
L’alignement imprécis peut être responsable de surcharge des pièces de certaines
machines et peuvent avoir des conséquences très désagréables. Partout où il
existe des machines à laminer le papier, l’acier ou du film, qui passent entre
des rouleaux, les axes de rotation doivent être parallèles les uns vis-à-vis des
autres. L’alignement précis est rendu difficile, du fait que chaque cylindre n’a
que six degrés de latitude dans l’espace. L’alignement original se perd lors du
remplacement des roulements ou au moment où une machine est remplacée. Les
corrections se font dès lors très souvent au pif, sur base de ‘trial and error’
et prennent souvent beaucoup de temps. La papeterie Sappi à Maastricht n’avait
pas le temps, il fallait mesurer quelque quarante laminoirs durant un arrêt de
24 heures. «En cherchant une solution pour l’alignement de la Pm6 – une machine
de production de papier de quelque 150 m de long et de trois étages de haut –
nous devions faire mesurer le parallélisme d’une quarantaine d’axes et ‘retour
d’air’. Cette papeterie fournit des rouleaux de papier de 4,2 m de largeur,
roulés sur des axes en acier. Ensuite, le papier doit passer par un ‘offcoater’
pour un traitement de surface suivant. Comme cette machine doit réceptionner la
bande de papier, sans marges, centrée sur l’axe, tous les rouleaux sont d’abord
basculés. Sappi souhaite supprimer cette intervention intermédiaire. Une
installation pour rogner les marges avait déjà été installée antérieurement. Le
seul inconvénient est qu’il fallait encore centrer la bande de papier sur les
axes. Comme base pour régler ce problème de commande, il était indispensable de
connaître le parallélisme de tous les laminoirs à partir du ‘bladecoater’
jusqu’à l’enrouleur. Comme les mesures devaient s’effectuer durant un seul temps
d’arrêt, la papeterie a opté pour la nouvelle méthode ‘Paralign’, un appareil de
Pruftechniek,» explique Patrick Haesen, ingénieur en instrumentation/automation
chez Sappi à Maastricht.
Rapide et précis
Le marché actuel des systèmes d’alignement au laser se caractérise par une
grande diversité dans le domaine de la fonctionnalité, de la facilité
d’utilisation, de la vitesse, etc. Toutefois, les méthodes les plus classiques
exigent des temps d’arrêt relativement longs pour le réglage des installations ;
aussi bien pour la mise en place que pour le réglage du système de mesure que
pour la détermination des déviations. Patrick Haesen: «Je peux franchement
assurer que la technologie utilisée par Pruftechnik avec le Paralign est assez
révolutionnaire en fait de vitesse, tout en assurant une précision parfaite.
Pour mesurer, le laminoir est scruté sur 30 degrés et les données sont envoyées,
sans fil, vers un pc de poche. En d’autres termes, le résultat peut être
consulté immédiatement sur un pc portable. Pour déterminer le parallélisme des
différents laminoirs entre eux, l’appareil a d’abord été monté sur un ‘laminoir
de référence’ et il a été ‘positionné sur zéro’. Ensuite, le système de mesure a
été monté sur le laminoir suivant et la déviation vis-à-vis du laminoir de
référence est déterminée en quelques secondes. Elle est subdivisée en valeurs
verticales et horizontales. Ensuite, le troisième laminoir, etc. On pourrait un
peu comparer le système à une toupie. Celle-ci présente un phénomène d’inertie,
qui fait qu’elle sort difficilement de son état d’équilibre. L’inertie fera en
sorte que l’axe reste toujours dans la même position, quelle que soit la hauteur
ou le changement d’inclinaison du sol. Même en inclinant le plan, elle maintient
sa position.» C’est le même principe utilisé pour Paralign. Il comprend trois
gyroscopes au laser montés perpendiculairement avec une très grande précision.
Chacun mesure le mouvement de rotation relatif autour de son axe dans l’espace.
L’appareil mesure les principales erreurs d’angle horizontales et verticales
comparées au laminoir de référence, pour tous les degrés de liberté d’un
cylindre.
Rotation de la terre
Les meilleurs résultats sont obtenus à l’aide d’une plaque de référence, qui
est montée dans les parages de la machine et qui sert de référence fixe. Avant
le début des mesures, Paralign est réglé ‘sur zéro’ sur la plaque de référence.
Cela signifie que les gyroscopes au laser sont réglés sur la rotation de la
terre. Patrick Haesen: «Chez nous, les mesures ont été effectuées par un
spécialiste et un assistant de Pruftechniek Belgique. On a commencé par
positionner une référence sur la terre. Il s’agit d’un support métallique posé
sur le sol et qui est fixé à l’aide d’un kit pour la période de mesure. Ensuite,
on mesure un rouleau dans la machine et celui-ci sert de rouleau de référence.
Par définition, ce rouleau ne présente pas de déviation dans les directions
horizontales et verticales. A partir de ce moment, la bande centrale du laminoir
à mesurer est scrutée sur trente degrés. Sur un pc portable qui reçoit les
informations, sans fil, une section transversale de la machine est dessinée. On
peut donc y ajouter immédiatement et de manière visuelle et chiffrée les données
des mesures, par numéro de rouleau. Il est donc possible d’obtenir un rapport
immédiat. S’il apparaît, après une série de mesures, que tous les laminoirs
dévient dans le même sens, il est possible que la référence soit mal choisie. Il
suffit, dès lors, simplement de choisir un autre laminoir comme référence. Tous
les résultats de mesure sont ensuite rapidement recalculés. Tous les dix à
quinze objets, environ, on revient à la référence sur la terre. Il faut compter
une dizaine de minutes. Le gros avantage du rapportage immédiat est que nous
pouvions déjà discuter les résultats durant la prise des mesures, ce qui nous
permettait de déjà entamer les corrections. Pour cette application, la précision
était de 0,05 mm par mètre, ce qui signifie que les résultats des mesures,
rapportés à 5 m, à savoir la distance entre les roulements, étaient précis à
0,25 mm. Durant les mesures, il faut toutefois veiller à ce qu’il n’y ait pas
trop de vibrations. Mais globalement, je peux dire que nous sommes très
satisfaits du résultat. Au bout de près de 4 heures de mesures, nous avions une
image de la position de tous les laminoirs importants. Comme il est apparu
durant la mesure que la référence était bien choisie, nous avons déjà commencé
les corrections aux laminoirs, avant la fin des mesures. Ce jour-là, nous avons
alignés plusieurs laminoirs. Toutefois, comme nous ne pouvions pas estimer
qu’ainsi nous n’obtiendrions pas l’effet de commande des bandes souhaité, nous
avons, volontairement, placé quelques laminoirs ‘de travers’. Il s’agit d’une
variante statique d’une commande dynamique couramment utilisée dans le domaine
de la papeterie. Au bout de 10 heures, la machine était prête. L’effet était
surprenant. Après la mise en marche, la bande de papier dépassait sa course
planifiée de 2 cm, vers le côté de l’entraînement sur l’axe près de l’enrouleur.
Dans une deuxième phase, nous avons une fois de plus appliqué une telle
correction, c qui fait qu’aujourd’hui, nous enroulons de manière parfaitement
centrée. Les laminoirs de Pm6 ont été alignés avec précision et sans bride de
fixation, étriers, statifs, lasers ni télescopes. <<
Paralign
Paralign est un nouveau système d’alignement pour laminoirs. En théorie, il peut
centrer 15 laminoirs en près de trente minutes. C’est la première fois que la
technique de mesure de l’inertie est utilisée sous forme de trois gyroscopes
laser de haute précision. Il donne des informations graphiques et numériques
parfaitement fiables sur toutes les mesures de correction nécessaires, même dans
les parties de l’installation où il était impossible de prendre des mesures
jusqu’à présent. Le dessous de l’appareil est équipé de deux rails trempés de
sorte qu’une barre tangentielle glisse sur le laminoir durant la mesure. Ce
mouvement – dit ‘Sweep’ – active ensuite une mesure de calcul mathématique
brevetée, qui calcule le résultat exact. Grâce à la méthode de mesure ‘Sweep’,
il n’est pas nécessaire de placer la tangentielle de manière précise sur le
laminoir. Même en position inclinée, il donne un résultat exact et
reproductible. Les valeurs de mesure sont mémorisées dans l’appareil et
transmises sans fil vers un pc portable, où les valeurs sont saisies dans un
graphique ou en Excel. Paralign est également équipé de trois gyroscopes de
navigation orthogonaux de haute précision, qui peuvent également être utilisés
en aéronautique et dans l’espace. Les gyroscopes à laser annulaire – comme une
toupie – ont ces propriétés d’inertie. Cela signifie qu’ils gardent leur axe de
rotation durant un certain temps. Lorsque le Paralign est monté sur un laminoir
de référence, il ‘apprend’ d’abord à déterminer sa position dans l’espace et la
compare ave les changements de direction qui apparaissent sur les laminoirs à
mesurer. Les déviations sont enregistrées avec une précision de 4 µm/m et
transformées en valeurs correctives. Le principe de mesure du gyroscope laser
repose sur deux rayons laser qui sont menés sur un parcours triangulaire. Un
rayon parcourt ce chemin dans le sens des aiguilles d’une montre et l’autre dans
le sens opposé. Tant que le positionnement ne bouge pas, les deux rayons ont
exactement besoin du même temps pour parcourir la distance. Si la position se
met à tourner, la distance d’un rayon sera plus courte et l’autre plus longue.
La différence en temps permet ainsi de mesure le plus petit angle de rotation.«
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